机床数控技术及应用

第1章数控机床概述 1.1数控机床产生与发展1 1.1.1数控机床的产生1 1.1.2计算机数控系统的特点2 1.1.3数控机床的应用范围3 1.1.4数控机床和数控系统的发展3 1.2数控机床基本工作原理5 1.2.1数控机床的工作原理5 1.2.2数控系统的主要工作过程5 1.3数控机床分类6 1.3.1按控制系统的特点分类6 1.3.2按伺服系统分类8 1.3.3按工艺方式分类9 1.3.4按功能水平分类9 第2章计算机数控系统 2.1计算机数控系统概述10 2.1.1CNC系统的组成10 2.1.2CNC系统工作过程10 2.1.3CNC系统的特点10 2.2计算机数控系统基本原理12 2.2.1译码12 2.2.2刀具半径补偿原理12 2.2.3速度计算原理15 2.2.4位置控制原理16 2.2.5误差补偿原理17 2.2.6插补计算原理18 2.2.7加减速控制原理29 2.3计算机数控系统硬件结构34 2.3.1概述34 2.3.2单CPU结构34 2.3.3多CPU结构34 2.3.4微机基本系统35 2.3.5接口36 2.4计算机数控系统软件结构38 2.4.1计算机数控系统软件结构特点38 2.4.2多任务性与并行处理38 2.4.3实时性与优先抢占机制40 2.4.4典型的数控系统软件结构模式41 第3章数控机床伺服系统 3.1概述44 3.1.1数控机床对进给伺服系统的基本要求44 3.1.2进给伺服系统的基本组成45 3.1.3进给伺服系统的分类46 3.2步进式伺服驱动系统49 3.2.1步进电动机的基本工作原理49 3.2.2步进电动机的分类、结构及特点50 3.2.3步进电动机的参数51 3.2.4步进式伺服驱动控制原理53 3.3直流伺服驱动系统56 3.3.1直流电动机基本工作原理56 3.3.2直流伺服电动机的特点57 3.3.3直流伺服电动机的速度控制58 3.4交流伺服驱动控制62 3.4.1永磁交流同步伺服电动机62 3.4.2交流伺服电动机的特点和分类63 3.4.3交流伺服电动机的速度控制64 3.4.4永磁交流同步伺服电动机的发展65 3.5主轴伺服驱动系统65 3.5.1直流主轴速度控制65 3.5.2交流主轴速度控制68 3.5.3主轴的定向准停控制72 3.5.4典型的主轴驱动控制系统75 第4章数控机床检测系统 4.1概述79 4.1.1数控机床对检测系统的要求79 4.1.2检测装置的分类79 4.2旋转变压器80 4.2.1旋转变压器的工作原理80 4.2.2旋转变压器的结构81 4.2.3旋转变压器的工作方式81 4.3光栅尺82 4.3.1光栅尺的基本工作原理82 4.3.2光栅尺的结构与分类83 4.3.3光栅尺的位移数字变换电路83 4.4光电脉冲编码器85 4.4.1脉冲编码器的原理85 4.4.2脉冲编码器的结构与分类85 4.4.3光电脉冲编码器的应用86 第5章数控机床机械结构 5.1数控机床的主体结构87 5.1.1数控机床的加工特点87 5.1.2数控机床对机械结构的要求88 5.1.3数控机床床身89 5.1.4数控机床导轨副89 5.1.5数控机床总体布局91 5.2数控机床的进给系统结构92 5.2.1数控机床对进给系统机械部件的要求92 5.2.2滚珠丝杠螺母副93 5.2.3直线电动机传动94 5.3数控机床的主运动系统结构94 5.3.1数控机床对主运动系统机械部件的要求94 5.3.2主轴部件结构95 5.3.3典型机床的主轴结构97 5.4工作台与自动换刀装置98 5.4.1分度工作台98 5.4.2数控回转工作台98 5.4.3刀库自动换刀装置98 5.5辅助系统结构100 5.5.1一般辅助系统100 5.5.2数控机床液压系统100 5.5.3数控机床气压系统100 5.6数控铣床结构101 5.6.1立式数控铣床101 5.6.2卧式数控铣床102 5.6.3龙门式数控铣床102 5.6.4加工中心102 5.7数控车床结构107 5.7.1水平床身数控车床107 5.7.2斜床身数控车床107 第6章数控机床加工程序编制 6.1数控机床程序编制的概念109 6.1.1数控加工程序概述109 6.1.2数控加工程序编制坐标系的确立111 6.1.3数控加工程序编制的格式115 6.2数控铣床及加工中心加工程序编制116 6.2.1数控铣床常用编程指令116 6.2.2数控铣床孔加工循环指令128 6.2.3数控铣床宏加工指令的应用132 6.3数控车床加工程序编制135 6.3.1数控车床常用编程指令135 6.3.2数控车床循环指令及应用144 第7章数控加工工艺分析 7.1数控机床加工工艺分析基础151 7.1.1工件的装夹151 7.1.2数控加工刀具的选择153 7.1.3数控加工工艺分析156 7.1.4数控加工工艺路线的设计159 7.1.5数控加工工序设计165 7.2数控铣床加工工艺分析176 7.2.1加工工艺分析与设计176 7.2.2数控铣削工具系统186 7.3数控车床加工工艺分析194 7.3.1加工工艺分析与设计194 7.3.2数控车削工具系统209 第8章数控加工实例 8.1数控铣削系统加工实例217 8.1.1平面凸轮类零件（心形凸轮）的加工实例217 8.1.2支承套类零件的加工实例219 8.1.3孔类零件的加工实例223 8.2数控车削系统加工实例226 8.2.1轴类零件加工实例226 8.2.2孔类零件加工实例231 参考文献